运动控制哈理工考试必过版.doc

1、名 称 特 征 说 明 直角坐标型机器人 机器人的手臂按直角坐标形式配置，即通过三个相互垂直轴线上的移动来改变手部的空间位置圆柱坐标型机器人 机器人的手臂按圆柱坐标形式配置，即通过两个移动和一个转动来实现手部空间位置的改变 球坐标型机器人 机器人的手臂接球坐标形式配置,其手臂的运动由一个直线运动和两个转动所组成。 关节型机器人 机器人的手臂按类似人的腰部及手臂形式配置，其运动由前后的俯仰及立柱的回转构成。移动机器人机座不固定的机器人，可分为轮式，履带式和足式按技术发展进程分类名 称 特 征 说 明 第一代机器人(可编程及示教再现）按事先示教或编程的位置和姿态进行重复作业的机器人。（实用，主要用

2、于搬运，喷漆，点焊等)第二代机器人(感知机器人）带有如视觉触觉等外部传感器,具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。可完成较为复杂的作业，如装配，检查等第三代机器人(智能机器人）除具有外部感觉感知功能，还具有一定决策和规划的能力，从而可适应环境的变化而自主地工作.按控制方式分类名 称特 征 说 明顺序控制机器人按照预先假定的信息（顺序、条件、空位等)逐步进行各步骤动作的机器人示教再现机器人通过示教操作向机器人传授顺序、条件、位置和其它信息，然后机器人能按照所存贮的信息,反复再现示教动作。可控轨迹型机器人（数控机器人)以机器人语言为工具，采用离线方式完成机器人运动及操作的编程。使用者只需给定作

3、业参数,机器人即能规划出全部控制程序。适应型机器人能根据传感器反馈信息调整其运动轨迹和操作智能机器人能根据感觉机能和认知机能来自行决定行动的机器人按运动方式分名 称特 征 说 明点位控制型(PTP）机器人受控运动方式为自一点位目标移向另一点位目标，只在目标点上完成操作连续控制型(CP）机器人终端按预期轨迹和速度运动按驱动方式分名 称特 征 说 明气动机器人以压缩空气来驱动执行机构,动作迅速、结构简单、造价低,但工作速度的稳定性差等。液压传动机器人以液压方式驱动执行机构，其传动平稳、动作灵敏、出力大，但要求密封性较高。电动机器人采用电动方式驱动执行机构，常用的有步进电机驱动、直流电机驱动和交流驱

4、动，其控制方法灵活、结构紧凑简单。按负载能力及工作范围分名 称特 征 说 明超大型机器人可搬重量为1t以上的工业机器人大型机器人可搬重量为100kg1t，动作范围为10 以上的工业机器人中型机器人可搬重量为10100kg,动作范围为110 的工业机器人小型机器人可搬重量为0。l10kg，动作范围为0。l10 的机器人超小型机器人可搬重量小于0。1kg动作范围小于0.1 的机器人按完成功能分名 称特 征 说 明操作机器人模仿人手和手臂的动作,完成搬运、焊接、喷漆、打磨、抛光、检验、装配等工艺操作，绝大多数目前的工业机器人属此类.移动机器人工业生产中轮式机器人和履带式机器人，可完成运输及上下料等任

5、务，还有足式、蠕动等机器人.按应用领域分名 称特 征 说 明服务机器人指能在人类生活、工业、农业生产中代替人的工作， 从事家庭服务和社会服务的机器人，要求它能更完美的在人生活的环境中与人共处军用机器人满足各种国防和军事用途的机器人，一般要求它具有遥控、多操作、移动、感知和较高的智能空间机器人用于空间作业的机器人，具有功率重量比大，能在失重状态下代替人完成任务水下机器人在水下作业的机器人,具有足够的抗压能力和密封性能，可实现有人或无人操作医疗机器人能完成各种医疗操作和康复治疗的机器人，具有高可靠性、无污染操作等特点按特征分名 称特 征 说 明机器人化机器基于机器人技术,为满足现实生产对自动化机器

6、的特殊需求，研制的新的机器系统，它具有机器人的特征，采用了各种机器人技术以实现机器的功能。微型机器人微机器人分为微型机器人和微操作机器人。微型机器人是指外形很小（不大于1cm3），便于进入微小空间进行可控操作的微型机械。微操作机器人的外形尺寸未必很小,但其操作尺寸很小,位移为微米、亚微米级高精度的机械.仿生机器人模仿各种生物的动作和功能的机器人拟人机器人在形状和动作，以及智能水平上与人类似的机器人，双足步行实现移动功能是它的主要特征飞行机器人无人飞行器机器人控制系统分为三层：1。人工智能层： 进行图像信息处理，向下一层发出行为指令.2.控制中枢层： 接收上一级的行为指令，进行控制及协调运算，向

7、下一级发送控制命令。3.控制信号输出层: 接收控制中枢层的指令，向伺服系统发送具体驱动信号。n 运动控制：是指运动单元以非常准确的设定速度在规定时间到达准确位置的可控运动运动控制系统是由被控对象、数字传感器、执行元件-驱动系统、相关运动控制板 集合而成的系统。n 运动控制系统通过对电机力矩、速度和位置着三个变量的控制，来实现对运动单元的运动任务。n 伺服的种类：直流有刷电机、直流无刷电机、交流伺服电机n 传感器是将被测量(包含各种物理量,化学量和生物量等）,变成系统可识别的，与被测量有确定对应关系的有用电信号的一种装置。n 运动控制系统中常用的数字传感器有：增量式传感器、绝对式传感器、光学传感

8、器、触觉传感器等.n 位置传感器提供电机轴实时的位置和速度信号。n 电压分解型位置传感器:n 旋转变压器,在励磁线圈的激励下,产生正弦和余弦信号，然后再把正/余弦信号从模拟量转换成数字量，从而提供输出轴的绝对位置。n 增量式编码器通常在旋转时产生两路信号，这两路信号记录了旋转的脉冲数,同时由于两路信号相差90度。n 增量编码器还会给出一个零度标志信号，来判断电机转一圈的绝对位置。n 绝对式位置传感器通过二进制码盘，输出一组唯一的二进制编码，以判断此刻的绝对位置。· 传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。· (1) 敏感元件：直接感受被测量，并以确定关系输出

9、一个物理量；· （2） 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数量；· (3) 基本转换电路 ：将电路参数量转换成便于测量的电量。ü 光电编码器由光源、光栅码盘和光敏元件3部分组成，直接输出数字式电脉冲信号ü 光电编码器有增量式和绝对值式两种，也有将两者结合为一体的混合式编码器增量式编码器n 脉冲数直接与位移的增量成正比的编码器称作增量式编码器，常用的圆形增量式编码器每转发出5005000个脉冲，高精度编码器可达数万个脉冲。工作原理：增量式编码器的指示光栅上有A组与B组两组狭缝，彼此错开1/4节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号A、 B彼

10、此相差90°相位,用于辩向。A、B两相的作用 根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移;根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向. 后续电路可利用A、B两相的90°相位差进行细分处理（四倍频电路实现）. 码盘里圈,还有一根狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。C相的作用 被测轴的周向定位基准信号； 被测轴的旋转圈数记数信号增量式旋转编码器的特点:n 编码器每转动一个预先设定的角度将输出一个脉冲信号,通过统计脉冲信号的数量来计算旋转的角度,因此编码器输出的位置数据是相对的n 由于采用固定脉

11、冲信号,因此旋转角度的起始位可以任意设定n 由于采用相对编码,因此掉电后旋转角度数据会丢失需要重新复位特点：数字编码， 根据旋转角度输出脉冲信号。根据旋转脉冲数量可以转换为速度选型： 旋转一周对应的脉冲数 (256, 512, 1024， 2048）- 输出信号类型 （TTL, HTL, pushpull mode) 电压类型 (5V, 24V） 最大分辨速度优点：- 分辨能力强- 测量范围大 （100-10.000 inc./rotational motion）- 适应大多数情况缺点:- 断电后丢失位置信号 技术专有，兼容性较差n 1。增量式光电编码器的分辨率， “脉冲、转” PPR,转盘上

12、缝隙越多，分辨率越高，通常2500PPR。n6.一平台采用电机加减速机的控制方式，减速机输出直接驱动台体运动，使用增量式编码器反馈,编码器分辨率为5000脉冲/转，减速机减速比200：1，反馈到控制器经过4倍频，此时控制器输出一个脉冲，台体转动 度.（1分)n 绝对式编码器：二进制码盘:在二进制码盘中，码道从外到里按二进制刻制,外层为最低位，里层为最高位,n 二进制码盘在转动时，可能出现两位以上的数字同时改变，导致“粗大误差”的产生。旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在

13、一定转角范围内与转角成线性关系.它主要用于座标变换、三角运算和角度数据传输,也可以作为两相移相器用在角度数字转换装置中，目前主要用于角度位置伺服控制系统中莫尔条纹纹距B 与光栅节距w和倾角之间的关系：光栅横向移动一个节距w ,莫尔条纹正好沿刻线上下移动一个节距B，用光电元件检测莫尔条纹信号的变化就可以测量光栅的位移。例：当 w = 0。01mm， = 0.01 red， 则 B = 1mm,将栅距放大100倍的莫尔条纹宽度.22sin/qw=B辨向 为了辨别运动方向,需配置两个彼此错开1/4纹距的光电元件，使输出电信号彼此在相位上差90°，若以其中的一个作为参考信号,则另一个信号将超

14、前或滞后参考信号90°,由此来确定运动方向。(4） 倍频 倍频又称为细分，倍频数就是指在莫尔条纹一个周期的范围内，等距离安装的感光元件的数目，从而在一个周期内产生若干个脉冲，达到细分的目的。 提高倍频数可以提高光栅的最小读数值，提高分辨率,精密机床的测量常采用高倍频。例：栅距 w = 0.01mm, 十倍频后,最小读数值1mm.与一般机械系统比较,运动控制系统机械系统的要求： 定位精度要高 响应速度要快 稳定性高 常常提出：无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比 传动机构的种类： 齿轮传动机构、滚珠丝杠副、滑动丝杠副、同步带传动副、间歇机构等。 传动机构的特点： 传

15、动精度要高、 响应速度要快、稳定性高。机械系统-三大结构：影响因素 传动机构：考虑与伺服系统相关的精度、稳定性、快速响应等伺服特性 导向机构：考虑低速爬行现象 执行机构：考虑灵敏度、精确度、重复性、可靠性n 机械刚度是指机床进给系统中的机械部件在载荷的作用下,产生单位变形所需要的载荷的大小，它反映了机械结构抵抗变形的能力。n 伺服刚度和机械刚度是两个不同的概念，它是指整个伺服系统，从控制系统到工作台表现出来的抵抗外力而不产生位置偏差的能力。n 伺服刚度又有伺服静刚度和伺服动刚度之分。 交直流伺服系统的比较：· 直流伺服驱动技术受电机本身缺陷的影响,其发展受到了限制。直流伺服电机存在机

16、械结构复杂、维护工作量大等缺点,在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度,难以应用到高速及大容量的场合，机械换向器则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。·  交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，特别是交流伺服电机的过负荷特性和低惯性更体现出交流伺服系统的优越性.所以交流伺服系统在工厂自动化（FA）等各个领域得到了广泛的应用。· 伺服电机是一种受输入电信号控制，并作出快速响应的电机，其堵转转速与控制电压成正比，转速随着转矩的增加而近似线性下降，调速范围宽，当控制电压为零时能够立即停止。Ø 运动控制中常

17、用的伺服电机类型: 直流(DC）伺服电机 无刷直流伺服电机 交流(AC)伺服电机 步进电机。 按照功率的不同,伺服电机可分为: 小功率随动系统(100W以下） 中功率随动系统（100500W) 大功率随动系统（500W以上 永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。 异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大 功率场合得到重视。 在运动控制系统中，需要对电机的转矩、速度和位置等物理量进行控制。 从控制的角度来看,对直流电机驱动及控制过程有电流反馈、速度反馈和位置反馈等控制形式

18、。PMAC的含义：PMAC是program multiple axis controller 可编程的多轴运动控制卡。No。ParametersDescriptionDetails Remark1P_GAIN Proportional gain比例增益2I_GAINIntegral gain积分增益3D_GAINDerivative gain微分增益4OV_GAINOutput velocity gain输出速度平滑增益,一般为05VFF_GAINVelocity feed forward gain前馈增益6UNITSUnits作为其他参数单位的一定控制器计数，比如每毫米、每转或每度的记数控制器计数在模拟量控制方式下，是反馈脉冲的4倍频。在脉冲控制方式下为16倍频7SPEEDSpeed速度units/s8ACCELAccel加速度units/s29DECELDecal减速度units/s210CREEPCreep原点搜寻速度units/s11JOGSPEEDJog speed试运行速度units/s12FELIMITFelimit跟随误差限，是一个允许的一个偏差值,当FE的值大于这个值时,会有故障出现。13DACDAC开环控制时的速度输出, 当SERVO =0 时此值